Màng mỏng composite được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như xử lý nước thải, tách khí và sản xuất hóa chất. Chúng bao gồm một giá đỡ xốp được bao phủ bởi một lớp siêu mỏng có chứa các lỗ xốp kích thước nano. Những lỗ chân lông này có thể bẫy các phân tử và các hạt nhỏ li ti đồng thời cho phép dung môi lỏng đi qua.
Hầu hết các màng này được làm bằng vật liệu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, một số loại có độc tính. Vì vậy, một nhóm nghiên cứu KAUST do Gyorgy Szeranty dẫn đầu đã bắt đầu thiết kế lại các màng này bằng cách sử dụng các quy trình và vật liệu xanh.
Nhóm nghiên cứu tại KAUST đã phát triển một loại màng phức hợp mỏng từ vỏ tôm và các vật liệu "xanh" khác (Ảnh minh họa)
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo giá đỡ xốp bằng cách sử dụng nhựa tái chế và phủ một lớp polyme tự nhiên không độc hại có tên là chitosan, có nguồn gốc từ vỏ tôm. Tập đoàn Nuôi trồng Thủy sản Quốc gia (Naqua) ở Ả Rập Xê Út sản xuất khoảng 50.000 tấn chất thải vỏ tôm hàng năm, được sử dụng để sản xuất 135 tấn chitosan mỗi năm.
Để tạo chitosan thành màng nano, nhóm nghiên cứu đã liên kết chéo các chuỗi polyme của nó bằng cách sử dụng 2,5-furandicarboxaldehyde (FDA), một phân tử có nguồn gốc từ chất thải thực vật thông qua các quy trình xanh. Các nhà nghiên cứu đã chọn eucalyptol, được sản xuất từ lá của cây bạch đàn, làm dung môi cho phản ứng này. Họ cũng sử dụng một chất xúc tác gọi là TMG, một chất thay thế xanh hơn cho các hợp chất khắc nghiệt thường được sử dụng để tăng tốc độ liên kết ngang.
“Chuyển đổi sinh khối chất thải dồi dào sẵn có thành các vật liệu có giá trị gia tăng, chẳng hạn như màng này, không chỉ giải quyết vấn đề quản lý chất thải mà còn tạo ra một sản phẩm giá trị gia tăng”, Szeilities nói. Ông cho biết thêm, việc sử dụng vật liệu phế thải cũng có nghĩa là loại màng mới có giá thành tương đương với các loại màng thông thường.
Sau khi tối ưu hóa quy trình chuẩn bị màng, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra màng bằng cách sử dụng axeton mang các phân tử polystyren có độ dài khác nhau, cùng với một phân tử nhỏ hơn gọi là metyl styren dimer.
Màng cho phép axeton chảy qua với tốc độ tương tự như các màng thông thường. "Nó cũng có thể lọc ra các phân tử có kích thước tương đương với thuốc nhuộm hoặc các thành phần dược phẩm hoạt tính", Cong Yang, một nghiên cứu sinh trong nhóm cho biết. "Do đó, màng này có thể áp dụng thực tế cho các ngành y sinh, dệt may, dược phẩm hoặc thực phẩm."
Các nhà nghiên cứu cũng cho thấy họ có thể tinh chỉnh các đặc tính của màng bằng một dung môi không độc hại có tên là TamiSolve. Hiện họ hy vọng sẽ hợp tác với các trang trại nuôi tôm địa phương để đảm bảo nguồn cung cấp chitosan bền vững, cũng như phát triển các quy trình sản xuất màng lọc trên quy mô lớn hơn.